Bộ Chuyển Đổi Tín Hiệu Là Gì ?

BỘ CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NÓ !!!

Bạn đang sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu nhưng tín hiệu truyền về không chính xác ?

Bạn đang muốn biết tại sao tín hiệu analog truyền về không ổn định ? 

Trên mạng có nhiều nơi cung cấp bộ chuyển đổi tín hiệu làm bạn không biết chọn nơi nào tin cậy nhưng phải có giá tốt ?

Bạn muốn biết !!

[ Giải Đáp ] : tất cả sẽ được tôi giải đáp bên dưới .

Nào !!!  Cùng khám phá thôi .

Bộ chuyển đổi tín hiệu là gì ?

Một thiết bị được dùng để chuyển đổi một dạng tín hiệu này sang một dạng tín hiệu khác được gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu. Các thiết bị đo lường, thiết bị điều khiển truyền tín hiệu về một dạng chuẩn chung. Chúng ta gọi là bên truyền tín hiệu – tín hiệu A.

Tuy nhiên, hệ thống xử lý dữ liệu lại do một nhà sản xuất khác cung cấp chúng ta gọi là bên nhận tín hiệu – tín hiệu B.

Điều gì xảy ra khi tín hiệu A và tín hiệu B này không cùng một chuẩn với nhau ?

Trả lời : tín hiệu từ thiết bị đo không thể truyền về trung tâm để xử lý dữ liệu .

Giải pháp : dùng một bộ chuyển đổi tín hiệu phù hợp để chuyển đổi tín hiệu A sang tín hiệu B sao cho trung tâm có thể xử lý được dữ liệu một cách nhanh chónh nhất.

Các loại tín hiệu trong công nghiệp

Trong công nghiệp có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau . Chúng ta cùng xem các loại tín hiệu đang được dùng nhiều nhất là tín hiệu gì sau đây :

• Tín hiệu dạng ON/OFF
• Tín hiệu PNP
• Tất nhiên có PNP thì sẽ có NPN
• Tín hiệu dạng Xung
• Tín hiệu analog
• Sau này xuất hiện thêm tín hiệu Modbus RTU
• Tín hiệu mạng Can Open
• Tín hiệu Profibus
•  …… một vài loại tín hiệu khác

Loại tín hiệu nào trong công nghiệp được sử dụng nhiều nhất

Theo kinh nghiệm thực tế của tôi khi làm việc tại nhà máy sản xuất và khi tư vấn cho các bên làm tủ điện , lập trình PLC thì có hai loại tín hiệu được dùng nhiều nhất :

• Tín hiệu dạng ON/OFF
• Tín hiệu Analog 4-20mA , 0-10V

Ngoài ra còn có tín hiệu Xung từ các Flowmetter.

Hiện tại , tín hiệu Modbus cũng đang được nhiều lập trình PLC bắt đầu sử dụng để thay thế cho ON/OFF và Analog bởi tính ưu việt của nó.

Hệ thống điều khiển PLC – HMI | Input – Output PLC

Một hệ thống điều khiển công nghiệp dùng PLC gồm các thành phần : Input vào PLC , Output ra từ PLC và cuối cùng là PLC. Các thiết bị Input và Output phải cùng chung một chuẩn tín hiệu với nhau thì mới giao tiếp được.

Vậy các thiết bị Input vào PLC là thiết bị nào ?

Các thiết bị nào có xuất ngõ ra đều có thể là tín hiệu Input vào PLC như : nút nhấn , các loại cảm biến đo , các loại đồng hồ đo , thiết bị cảnh báo …

Tín hiệu truyền từ thiết bị đo được gọi là Output . Tín hiệu nhận vào PLC gọi là Input . Input và Output phải cùng một loại thì tín hiệu truyền về từ thiết bị đo tới PLC mới hiểu được.

Giả sử , chúng ta đang dùng Modul S7-1200 của Siemens có ngõ vào Analog Input là 0-10V. Các thiết bị truyền về từ cảm biến áp suất  có ngõ ra Output 4-20mA.

Cả tín hiệu 4-20mA và tín hiệu 0-10V đều là tín hiệu analog nhưng tín hiệu 4-20mA là tín hiệu dòng, còn tín hiệu 0-10V là tín hiệu áp. Cảm biến đo phần lớn đều là tín hiệu 4-20mA. Bạn biết tại sao không ?

[ Giải đáp ] : tìm hiểu thêm ” tại sao dùng tín hiệu 4-20mA “

Thế tại sao PLC lại không tích hợp ngõ vào analog là 4-20mA mà là 0-10V ?

[ Giải đáp ] : PLC hiện tại giá khá rẻ nếu tích hợp hết các cổng analog vào thì bạn phải chọn model cao cấp hơn với giá thành cao hơn. Còn không thì bạn phải mua thêm Modul mở rộng của PLC với 1 Modul 4 cổng Analog 4-20mA.

Để tiết kiệm bạn có thể dùng tới bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang 0-10V như hình mô tả bên dưới .

Có bao nhiêu loại bộ chuyển đổi tín hiệu ?

[ Trả lời ] : có rất nhiều loại bộ chuyển đổi tín hiệu khác nhau như :

• Bộ chuyển đổi tín hiệu analog từ 4-20mA sang 0-10V hay ngược lại từ 0-10V sang 4-20mA
• Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang 4-20mA
• Chuyển đổi tín hiệu xung sang analog 4-20mA hoặc 0-10V
• Bộ chuyển đổi tín hiệu Analog sang Modbus
• Ngược lại, bộ chuyển đổi tín hiệu Modbus sang Analog
• Bộ chuyển đổi tín hiệu Digital sang Modbus
• Bộ chuyển đổi và chia tín hiệu 4-20mA
• Chuyển đổi tín hiệu Loadcell sang Analog 4-20mA hoặc 0-10V
• Bộ chuyển đổi tín hiệu Pt100 sang Modbus
• Bộ chuyển đổi tín hiệu Thermocouple sang Modbus
• Chuyển đổi tín hiệu NTC sang Modbus
• Bộ chuyển đổi tín hiệu đa năng
• Bộ chuyển đổi tín hiệu biến trở sang analog 4-20mA 0-10V
• …. còn nhiều loại bộ chuyển đổi tín hiệu khác

Làm sao để chọn đúng loại bộ chuyển đổi tín hiệu ?

Để chọn đúng loại bộ chuyển đổi tín hiệu cần dùng thì chúng ta phải biết được tín hiệu OUTPUT truyền về dạng gì và tín hiệu INPUT là loại tín hiệu gì.

Tôi lấy ví dụ luôn : 

Chúng ta đang dùng PLC S7-1200 của Siemens với một Modul mở rộng AI 4 kênh Input Analog 4-20mA. PLC cần đọc các tín hiệu từ :

• Cảm biến nhiệt độ Pt100 có tín hiệu ngõ ra 3 dây từ 0-200oC
• Cảm biến nhiệt độ can K ( thermocouple loại K ) , có tín hiệu ngõ ra 2 dây từ 0-1200oC
• Đồng hồ đo lưu lượng nước có tín hiệu ngõ ra pulse từ 0-1Khz
• Cảm biến áp suất ngõ ra dạng Analog 0-10V

**** Cảm biến nhiệt độ Pt100

Pt100 cho ra tín hiệu dạng điện trở dạng 3 dây. Để truyền về tín hiệu 4-20mA  chúng ta cần phải có bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ Pt100 sang 4-20mA.

Tuỳ theo loại cảm biến nhiệt độ Pt100 mà chúng ta sử dụng loại bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ cho phù hợp. Bộ chuyển đổi nhiệt độ Pt100 cài đặt được thang đo tương ứng với tín hiệu ngõ ra .

Giả sử : cài đặt 0-200oC thì sẽ tương ứng 0oC tại 4-20mA và 200oC tại 20mA

****Cảm biến nhiệt độ can K ( Thermocouple type K )

Đối với can nhiệt loại K dạng sứ tôi khuyên mọi người nên chọn bộ chuyển đổi tín hiệu gắn ngay trên đầu cảm biến can K để giảm sai số. Có thể bạn chưa biết tín hiệu của thermocouple là tín hiệu milivoltage.

Tín hiệu Milivoltage rất nhỏ nên một sự biến thiên nhỏ cũng làm sai lệch tín hiệu truyền về. Trong trường hợp không thể gắn được bộ chuyển đổi tín hiệu can K ngay trên cảm biến, chúng ta phải chọn loại bộ chuyển đổi gắn trong tủ điện nhưng có chức JSC.

Chức năng JSC là gì ? 

Trả lời : đây chính là chức năng bù nhiệt của bộ chuyển đổi. Chức năng JSc hoạt động theo nguyên tắc căn cứ vào nhiệt độ thực tế để hiệu chỉnh cho chính xác.

Điều gì xảy ra nếu không có chức năng JSC trong bộ chuyển đổi tín hiệu can K ?

Trả lời : sai số nhiệt độ so với đo thực tế .

Điều này chỉ có thể được nhìn thấy nếu chúng ta kiểm tra trên  phần mềm cài đặt của hãng hoặc dùng hai bộ chuyển đổi tín hiệu can K : một cái kích hoạt chức năng JSC và một cái không kích hoạt chức năng JSC.

****Đồng hồ đo lưu lượng nước

Đồng hồ đo lưu lượng nước thường có hai loại tín hiệu ngõ ra 4-20mA và tín hiệu xung. Tín hiệu xung được sử dụng phổ biến hơn do cách cài đặt.

Ví dụ : chúng ta cài đặt 2 lít nước đi qua đồng hồ đo lưu lượng tương ứng với 1 xung. Chúng ta chỉ cần đếm số lượng xung là biết được số lít qua đồng hồ truyền về trung tâm.

Bộ chuyển đổi tín hiệu xung sẽ nhận tín hiệu xung của đồng hồ đo lưu lượng và chuyển đổi tín hiệu sang 4-20mA để truyền về PLC. Các bộ chuyển đổi tín hiệu đều chỉnh được tín hiệu tần số đầu vào tương ứng với tín hiệu của đồng hồ đo lưu lượng.

Tín hiệu ngõ ra 4-20mA cũng sẽ được Scales lại để đúng với tín hiệu ngõ ra của đồng hồ đo lưu lượng.

****Cảm biến áp suất ngõ ra 0-10V

Các cảm biến áp suất phần lớn đều có ngõ ra 4-20mA. Tuy nhiên, một số cảm biến áp suất có tín hiệu ngõ ra 0-10V,chúng ta lại phải dùng bộ chuyển đổi tín hiệu 0-10V sang 4-20mA.

Nếu không dùng bộ chuyển đổi tín hiệu 0-10V sang 4-20mA chúng ta lại phải tốn thêm tiền mua Modul mở rộng của PLC với giá thành cao hơn nhiều so với dùng một bộ chuyển đổi tín hiệu.

Bây giờ, mọi người đã thấy tầm quan trọng của bộ chuyển đổi tín hiệu trong điều khiển và giám sát rồi chứ ?

Bạn đang dùng bộ chuyển đổi tín hiệu của một hãng nào đó nhưng tín hiệu truyền về không chính xác. Bạn muốn biết tại sao hay ko ?

Cùng tìm hiểu nhé !!

Bộ chuyển đổi tín hiệu truyền về không chính xác

Có hai lý do chính dẩn đến bộ chuyển đổi tín hiệu có tín hiệu đưa ra không đúng hay nói chính xác hơn là chạy sai. Chúng ta xem hai lý do đó là gì ?

Sai số của bộ chuyển đổi tín hiệu

Các nhà cung cấp thương hiệu lớn đều công bố mức sai số của thiết bị họ sản xuất trong datasheet của bộ chuyển đổi tín hiệu. Một số hãng khác không ghi điều này trong tài liệu của họ nhằm mục đích tránh sự so sánh sai số sản phẩm của họ với nhà cung cấp khác.

Việc không công bố sai số không sai nhưng khi bộ chuyển đổi có sai số lớn thì chúng ta lại không biết lý do tại sai số của bộ chuyển đổi hay do một lý do nào khác.

Nếu sai số là một điều không quá quan trọng thì chúng ta bỏ qua thông tin này khi chọn bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.

Cài đặt bộ chuyển đổi tín hiệu sai thông số

Tôi lấy ví dụ bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ cần cài đặt thang đo nhiệt độ từ 0-400oC tương ứng với tín hiệu 4-20mA. Điều này có nghĩa là tại 0oC sẽ tương ứng với 4mA và 400oC tại 20mA.

Khi truyền tín hiệu 4-20mA về bộ đọc tín hiệu hoặc PLC chúng ta cần khai báo hai điểm LOW và HIGHT tương ứng là 0-400oC thì tín hiệu truyền về mới chính xác.

Nếu bộ đọc tín hiệu hoặc PLC khai báo hai thông số LOW và HIGHT không đúng với thang đo của bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thì sẽ dần tới Sai số rất lớn.

Chúng ta cần phải biết thông tin cài đặt giữa thiết bị chuyển đổi tín hiệu và tham số của PLC đã chính xác với nhau hay chưa để tìm cách xử lý vấn đề.

Trường hợp : bộ chuyển đổi tín hiệu  truyền về chính xác nhưng lại không ổn định , đôi lúc tín hiệu chập chờn , lúc thì tín hiệu bị mất luôn và không nhận được.

Bạn muốn biết tại sao không ? Cùng tìm hiểu tiếp nhé .

Cố lên !

Bộ chuyển đổi tín hiệu Analog 4-20mA 0-10V không ổn định

Có thể bạn đã biết : tín hiệu Analog có hai loại

• Tín hiệu dòng ( Current – mA ) : 0-20mA , 4-20mA , 20-0mA , 20-4mA
• Tín hiệu áp ( Voltage – V ) : 0-10V , 0-5V , 2-10V , 1-5V , 10-V, 5-0V

Chúng ta thường gặp tín hiệu 0-10V tại các hệ thống cũ và một số tín hiệu dùng trong các bo mạch điện tử. Tuy nhiên các tín hiệu áp 0-10V rất hay bị suy giảm tín hiệu.

Tức là, cảm biến truyền tín hiệu về dạng Analog 0-10V nhưng khi truyền đi xa thì tín hiệu không còn đúng 0-10V khi tới tủ điều khiển. Tôi lấy ví dụ :

Cảm biến áp suất thang đo 0-16 bar có tín hiệu ngõ ra 0-10V, khoảng các từ cảm biến đến tủ điều khiển là 200m. Khi áp suất tại 8 bar tương ứng với 5V khi đo tại cảm biến. Nhưng khi truyền về tới tủ điều khiển thì PLC chỉ nhận được 4.9V.

Như vậy, PLC sẽ hiểu rằng áp suất chưa tới 8 bar. Điều này cực kỳ tai hại nếu như chúng ta cần điều khiển áp suất chính xác.

Chính vì thế người ta chọn tín hiệu truyền là tín hiệu dòng 4-20mA. Với ưu điểm, tín hiệu dòng không bị suy giảm khi truyền đi xa mà chỉ phụ thuộc vào nội trở của dây dẩn.

Tại sao là tín hiệu 4-20mA mà không phải là 0-20mA ?

[Giải đáp ] : người tìm ra được cách này thích dùng tín hiệu 4-20mA hơn 0-20mA . Tôi đùa đấy !!!

Thật sự thì tín hiệu 0-20mA vẩn được sử dụng trong một vài trường hợp nhưng rất hiếm. Lý do thật sự của việc dùng tín hiệu 4-20mA dưới sau đây.

Nếu chúng ta dùng cảm biến có tín hiệu 0-20mA hoặc 0-10V thì tại giá trị 0 ( không ) sẽ tương ứng với mức thấp nhất của cảm biến truyền về PLC. Tôi giả sử tín hiệu truyền về vị đứt dây hay cảm biến bị hư … tín hiệu truyền về vẫn là 0 ( không ), tất nhiên PLC vẩn hiểu là cảm biến đang đo được chứ không hề biết rằng cảm biến bị hư.

Giải pháp đặt ra là dùng tín hiệu 4-20mA. Khi cảm biến bị hư thì tín hiệu truyền về là 3.0…3.8mA hoăc 21…. 23mA tuỳ theo quy định của nhà sản xuất.

Nếu tín hiệu bị mất luôn chứng tỏ rằng cảm biến không có ngõ ra hoặc đường truyền có vấn đề. Chính vì dùng tín hiệu 4-20mA mà chúng tra dể dàng chuẩn đoán được các trường hợp xảy ra khi gặp sự cố.

Cảm biến có Output 4-20mA nhưng truyền về không ổn định

Trường hợp này hay gặp phải khi sử dụng thực tế trong các nhà máy có quá nhiều thiết bị đo, thiết bị điều khiển, thiết bị motor – biến tần có công suất lớn. Lý do :

• Có qua nhiều thiết bị gây nhiễu tín hiệu 4-20mA
• Bộ chuyển đổi không có khả năng chống nhiễu tín hiệu 4-20mA
• Bộ chuyển đổi có chống nhiễu nhưng thấp hơn điện áp gây nhiễu của nhà máy

Các bộ chuyển đổi tín hiệu có vạch chia cách : nguồn , input , output như trên chính là biễu tượng của khả năng chống nhiễu tín hiệu 4-20mA giữa các tín hiệu với nhau.

Chức năng này gọi là : Isolator . Chỉ số Isolator càng cao thì càng tốt. Thông thường các bộ chuyển đổi tín hiệu có chỉ số là 1500Vac. Trong một số thiết bị có Isolator lên tới 3000Vac hoặc cao hơn nữa là 4000Vac.

Mua bộ chuyển đổi tín hiệu tin cậy giá tốt ở đâu ?

Với công nghệ ngày càng phát triển thì bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn thấp nhất là của Đài Loan – Trung Quốc cũng làm được chức năng như các bộ chuyển đổi tín hiệu có xuất xứ từ Châu Âu.

Vấn đề là độ ổn định , độ chính xác , độ trôi cũng như tuổi thọ của bộ chuyển đổi tín hiệu sẽ được gắn liền với thương hiệu của nhà sản xuất.

Nên bạn thích mua thương hiệu nào hoặc tin tưởng thương hiệu nào thì dùng thiết bị của thương hiệu đó. Các hãng sản xuất bộ chuyển đổi tín hiệu tên tuổi đáng để tham khảo :

• Rosemount Emerson

• Pepperl+Fuchs

• Phoenix Contact

• Seneca
• MTL
• M-System
• PR Electronics
• Wika
• Yokogawa
• Endress Hauser
• Weidmuller
• Inor
• Drago
• Isocon
• Stuck
• Jumo
• Luetze
• ABB

Tại sao tôi lại xếp các hãng lớn như : Wika , Yokogawa , E+H nằm cuối cùng . Đơn giản, họ không chuyên về thiết bị chuyển đổi mà họ chỉ chuyên về thiết bị đo lường.

Bạn đang dùng bộ chuyển đổi tín hiệu của một hãng nào đó mà ổn định hãy tiếp tục sử dụng nó. Nếu bạn muốn tư vấn thêm về bo chuyen doi tin hieu hãy liên hệ với tôi.